CZ2008572A3 - Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby - Google Patents

Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby Download PDF

Info

Publication number
CZ2008572A3
CZ2008572A3 CZ20080572A CZ2008572A CZ2008572A3 CZ 2008572 A3 CZ2008572 A3 CZ 2008572A3 CZ 20080572 A CZ20080572 A CZ 20080572A CZ 2008572 A CZ2008572 A CZ 2008572A CZ 2008572 A3 CZ2008572 A3 CZ 2008572A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
lithium
lithium battery
battery according
electrode
separator
Prior art date
Application number
CZ20080572A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ301387B6 (cs
Inventor
jun.@Jan Procházka
sen.@Jan Procházka
Original Assignee
He3Da S.R.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by He3Da S.R.O. filed Critical He3Da S.R.O.
Priority to CZ20080572A priority Critical patent/CZ301387B6/cs
Priority to LTEP09775827.0T priority patent/LT2371019T/lt
Priority to ES09775827T priority patent/ES2718640T3/es
Priority to MX2011002942A priority patent/MX2011002942A/es
Priority to KR1020117005688A priority patent/KR101679437B1/ko
Priority to PL09775827T priority patent/PL2371019T3/pl
Priority to JP2011527199A priority patent/JP6085085B2/ja
Priority to PT09775827T priority patent/PT2371019T/pt
Priority to BRPI0918029-0A priority patent/BRPI0918029B1/pt
Priority to TR2019/04598T priority patent/TR201904598T4/tr
Priority to SI200931932T priority patent/SI2371019T1/sl
Priority to AU2009295014A priority patent/AU2009295014B2/en
Priority to PCT/CZ2009/000112 priority patent/WO2010031363A1/en
Priority to EP09775827.0A priority patent/EP2371019B1/en
Priority to CN200980136838.0A priority patent/CN102165628B/zh
Priority to US12/998,090 priority patent/US9437855B2/en
Priority to RU2011114553/07A priority patent/RU2519935C2/ru
Priority to DK09775827.0T priority patent/DK2371019T3/en
Priority to CA2736144A priority patent/CA2736144C/en
Priority to HUE09775827A priority patent/HUE041758T2/hu
Publication of CZ2008572A3 publication Critical patent/CZ2008572A3/cs
Publication of CZ301387B6 publication Critical patent/CZ301387B6/cs
Priority to ZA2011/02660A priority patent/ZA201102660B/en
Priority to US15/210,479 priority patent/US10581083B2/en
Priority to HRP20190313TT priority patent/HRP20190313T1/hr
Priority to CY20191100333T priority patent/CY1121439T1/el

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0563—Liquid materials, e.g. for Li-SOCl2 cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/626—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/4911—Electric battery cell making including sealing

Abstract

Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod obsahuje nejméne jeden clánek tvorený dvema elektrodami oddelenými separátorem, který je spolecne s elektrolytem, tvoreným nevodným roztokem lithiové soli v organickém polárním rozpouštedle, uzavren v plášti. Clánek je tvoren dvema elektrodami (1, 2), každé o tlouštce minimálne 0,5 mm, z nichž minimálne jedna je tvorena prostorove rozloženou elektronove vodivou složkou (3), prostou organických pojiv, s níž je homogenne smíchán a slisován aktivní materiál (4) prostý organických pojiv, mající schopnost absorbovat a vylucovat lithium v prítomnosti elektrolytu. Porosita slisované elektrody je 25 až 90 %. Aktivní materiál (4) má morfologii dutých koulí se silou steny koule do 10 .mi.m, nebo morfologii agregátu nebo aglomerátu s velikostí do 30 .mi.m. Elektrody (1, 2) jsou oddeleny separátorem (5), prostým organických pojiv, který je tvoren slisovanou vysoce porézní elektricky nevodivou keramickou hmotou s otevrenými póry a porózitou 30 až 95 %.

Description

Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a způsob jeho výroby.
Oblast techniky
Vynález se týká lithiového akumulátoru s prostorovým typem elektrod obsahující nejméně jeden článek tvořený dvěma elektrodami oddělenými separátorem, který je společně s elektrolytem, tvořeným nevodným roztokem lithiové soli v organickém polárním rozpouštědle, uzavřen v plášti. Vynález se dále týká způsobu výroby tohoto lithiového akumulátoru.
Dosavadní stav techniky
Lithiové články prodělaly intenzivní vývoj během posledních dvou dekád a umožnily existenci mnoha přenosných zařízení. Nárůst požadavků na vyšší kapacitu a bezpečnost lithiových akumulátorů však dnes brzdí rozvoj mnoha aplikací, včetně náhrady olověných akumulátorů za lithiové akumulátory s vyšším napětím nebo velkých baterií pro elektromobily.
Stávající technologie používající grafit jakožto aktivní materiál pro zápornou elektrodu není schopná zajistit bezpečnost baterie při velikostech větších než 0,5 až 1 kg. S nárůstem velikosti tohoto typu článku vzrůstají za hranice únosnosti problémy s přehříváním, mezivrstvou na grafitu, bobtnáním, případným vylučováním kovového lithia na povrchu grafitu a riziko výbuchu nebo požáru.
Technologie, nahrazující ve svém systému grafit za jiný materiál, například lithium titan oxid (L14TÍ5O12) sice pronikavě vylepšují bezpečnostní parametry lithiové baterie, ale na druhé straně výrazně snižují napětí článku.
Lithiové baterie vyráběné na této bázi splňují bezpečnostní požadavky pro použití v elektromobilech, ale váhové parametry této baterie neumožňují jejich snadné použití v menších vozidlech.
Všechny dnes vyráběné, opakovaně nabíjitelné lithiové akumulátorové články jsou na bázi plošných elektrod, kdy se směs aktivního materiálu, vodivého uhlíku a organického pojivá laminuje v tenké vrstvě na fólii z vodivého materiálu, obvykle hliník nebo měď (sběrač proudu). Tloušťka těchto planámích elektrod se obvykle pohybuje do 200 pm. Kladné a záporné elektrody se skládají na sebe, odděleny tenkou mezivrstvou z elektricky nevodivého materiálu, obvykle perforovanou fólií z organického polymeru - separátorem. Na sebe naskládané elektrody oddělené separatory se následně slisují, uzavřou a prostor vyplní elektrolytem. Jako elektrolyt se používá nevodný roztok lithiových solí.
EP1244168A popisuje vytvoření tenkých vrstev natahováním pasty složené z aktivního materiálu a organických pojiv a vodivého uhlíku bez sintrovacího procesu. Přítomnost organických pojiv výrazné zhoršuje difúzi lithiových iontů ve vrstvách silnějších než několik desítek mikronů. Z kalkulace modelového přikladu 8, který uvádí uvažovanou porositu separátoru 50-90 %, vyplývá, že v silnější vrstvě dochází k výrazné ztrátě napětí a tak nepřímo vylučuje, že by jejich způsobem bylo možno vytvořit funkční, tří dimenzionální elektrodu o minimální tloušťce vrstvy 0,5 mm.
Záměrem EP1777761A2 je zvýšit bezpečnost tenkovrstvé baterie při vyšších teplotách pomocí kombinace dvou separatorových vrstev, přičemž jedna je tvořena soli elektrolytu, pojivém a organickým práškem (140 mm) a druhá je vrstva obsahující keramický prášek (5'30 mm). Tloušťka elektrod je pouze několik mikronů a jejich řešeni neumožňuje redukci množství separátorů v objemu a tak zvýšení kapacity článku.
V EP1746673A1 je řešen stejný problém bezpečnosti separátoru při vyšší teplotě. Separator je dělaný z pasty kombinace organických akryiátových pojiv a keramických materiálů, která se rozprostře na povrchu elektrody v tloušťce maximálně 40 mm. Maximální uváděná tloušťka elektrod je 20 mm. Problém je řešen použitím různých organických pojiv a řešení také neumožňuje redukci množství separátorů a navýšení kapacity článku.
US2008038638A1 a JP2000090922 popisují vytvořeni kompozitní matrice s definovanou porositou, schopnou interkalovat lithium, přičemž tato matrice se skládá z částic schopných tvořit slitiny lithia a neaktivního materiálu (kovalentních anorganických sloučenin).
Při procesu nabíjení a vybíjení těchto plošných (planámich) elektrod je nanejvýš důležité zabránit tvorbě kovového lithia, například při příliš rychlém odběru nebo nabíjení. Kovové lithium se vylučuje na elektrodách ve formě dendritů, které prorůstají separátorem a způsobí elektrický zkrat mezi oběma elektrodami. Použiti kovového lithia pro zápornou elektrodu v plošném uskupení je ze stejného důvodu nemyslitelné.
Podstata vynálezu
Uvedene nevýhody odstraňuje lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod obsahující nejméně jeden článek tvořený dvěma elektrodami oddělenými separátorem, který je společně s elektrolytem, tvořeným nevodným roztokem lithiové soli v organickém polárním rozpouštědle, uzavřen v plášti, jehož podstata spočívá v tom, že článek je tvořen dvěma elektrodami, každé o tloušťce minimálně 0,5 mm, z nichž minimálně jedna je tvořena prostorové rozloženou elektronové vodivou složkou, prostou organických pojiv, s níž je homogenně smíchán a slisován aktivní materiál prostý organických pojiv, mající schopnost absorbovat a vylučovat lithium v přítomnosti elektrolytu, porosita slisované elektrody je 25 až 90 %, aktivní materiál má morfologii dutých koulí se silou stěny koule do 10 pm, nebo morfologii agregátů nebo aglomerátů s velikosti do 30 pm, elektrody jsou «teleny separator», prostým organických pojiv, který je tvořen slisovanou vysoce porézní elektricky nevodivou keramickou hmotou s otevřenými póry a porózitou 30 až 95 %.
Následně jsou uvedena další možná provedeni litinového akumulátoru podle vynálezu, která jeho základní znaky výhodně rozvíjejí nebo blíže konkretizuji
Elektronově vodivá složka je vybrána ze skupiny tvořené vodivým uhlíkem ajeho modifikacemi, vodivými kovy a elektricky vodivými oxidy.
Aktivní materiál je vybrán ze skupiny směsných oxidů nebo fosfátů lithia, manganu, chrómu, vanadu, titanu, kobaltu, hliníku, niklu, železa, lanthanu, niobu, boru, ytria a zirkonia.
Částice aktivního materiálu mají v rámci použitelné kapacity schopnost kompletně absorbovat a vylučovat lithiové ionty v časovém intervalu do 20 minut.
Jako aktivní materiál se použijí nanočástice dopovaných nebo nedopovaných spinelů lithtum-mangan oxidu nebo lithium titan oxidu s velikosti částic do 250 nm.
Hmotnostní obsah aktivního materiálu v elektrodě je 40 až 85 % hmot.
Elektroda obsahuje sběrač proudu ve fonně vodivé síťky, mřížky, drátu, vláken nebo pilin.
Sběrač proudu je vybrán ze skupiny hliníku, mědi, stříbra, titanu, křemíku, platiny, uhlíku nebo materiálu stabilního v potenciálovém okně konkrétního článku.
Prostorový typ elektrody je tvořen slisovanou homogenní směsí aktivního materiálu, elektronově vodivé složky a sběrače proudu.
Separator je tvořen slisovaným vysoce porézním práškovým keramickým materiálem na bázi AI2O3 nebo ZrOj nebo má nesměrovou morfologii pyrolyzovaného produktu nebo nepletených vláken z keramiky nebo skla. Tyto morfologie separator; společně s jeho mnohonásobné vyšší tloušťkou, typicky 0,1 až 10 mm, umožňuji použití kovového lithia pro zápornou elektrodu a tím rozšiřují napětí a kapacitu lithiového akumulátorového článku až k teoretickým možnostem.
Separator je vytvořen slisováním práškového materiálu s případnou následující tepelnou úpravou, pyrolyzovaného produktu nebo nepletených vláken a má s výhodou tloušťku 0,1 mm až 10 mm.
Druhá elektroda je tvořena kovovým lithiem, přičemž kovové lithium je v podobě hthioveho plechu nebo fólie nebo kombinace slisovaného lithiového plechu nebo fólie a dendritfl nebo je kovové lithium ve své dendritické formě. Dendritickou formu lithia je přitom výhodné vytvoht „in šitu“ z lithiové fólie nebo plechu cyklováním lithiového akumulátoru. Velikost dendntů a jejich povrchu lze ovlivnit složením elektrolytu, či přídavkem látek například Stabilních fosfátů k elektrolytu. Použiti kovového lithia, nejlépe vjeto dendritické formě silně redukuje váhu a r0zmé7 liliového Slánku a v popsané konstrukci zároveň zvyšuje jeho bezpečnost oproti článkům obsahujícím grafit
Lithiova sůl elektrolytu je vybrána ze skupiny LiPF6, LiPF4(CF3)2, LiPFXCMQz);
LiPF4(C2FsSO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2FsSOz)z, LiCF3SO2, LiC(CF3SO2)3’ LiBF,, LiBF2(CF3)2, LiBFzfCzFsjz, LÍBF2(CF3SO2)j, LÍBF2(C2FsSO2)2) a LiClO,.
Elektrolyt může dále obsahovat modiflkační činidla zlepšující chod akumulátoru při vysoké teplotě a/nebo odstraňující rozkladné produkty, a /nebo chránící proti přebíjení a/nebo látky ovlivňující velikost dendritů kovového lithia.
Lithiový akumulátor lze výhodné vyrobit tak, že se postupně na sebe lisuji vrstva jedné elektrody, separátoru a druhé elektrody plášť se naplní elektrolytem a uzavře a souhlasné vývody elektrod se paralelné propojí. Jednotlivé vrstvy lze pak postupné na sebe lisovat příklepem. Akumulátor s více články se vyrábí tak, že se na sebe střídavě vkládají slisované vrstvy jedné elektrody, separátoru a druhé elektrody, načež se plášť naplní elektrolytem a uzavře a souhlasné vývody elektrod se paralelně propojí.
Lithiový akumulátor podle vynálezu je přednostně určen pro použití jako vysokokapacitni akumulátorové knoflíkové baterie, pro vysokonapéťové akumulátory v automobilovém promyslu, pro roční elektrické nářadí a přenosné elektrické a elektronické přístroje a zařízeni.
Z hlediska chemické kompozice lze jako aktivní materiály schopné absorpce a vylučováni lithia pro popsaný prostorový typ litinových akumulátorů použít pouze materiály ‘ rychlou elektro-difuzí lithia. Optimální jsou spinelové struktuiy, do nichž lithium proniká a je vylučováno ve všech krystalových orientacích. S výhodou pak lze použít dopované nebo nedopované spinely lithium-mangan oxidu (LiMmOi, ϋΜη,^Ν^Ο,) nebo lithium titan oxidu (Li4Ti5O12).
Morfologie prášků aktivních materiálů schopných absoipce a vylučování lithia hraje velice důležitou roli a musí splňovat několik základních parametrů. Optimální velikost částic aktivmch materiálů může být různá, ale musí odpovídat schopnosti jejich kompletního nabití a vybih - absoipce a vyloučeni lithia do 20 minut. Optimální jsou částice aktivních materiálů, které lze kompletně nabít a vybít v čase pod 1 minutu, nejlépe během několika sekund, s výhodou lze použít krystaly spinelových struktur v nano velikostech. Lithium-titan oxid se spinelovou strukturou a velikosti částic 200 až 250 nm lze nabít/vybít během 30 minul, ale stejný materiál s velikosti částic 30 až 50 nm lze nabít/vybít již v intervalu do 30 sekund. Spinel lithium mangan oxidu s velikostí částic 150 nm lze vybít/nabit již do 1 minuty.
Aktivní nano-kiystalické materiály mají v optimálním případě morfologii dutých kouli, se silou stěny do 10 pm. s výhodou I až 3 mikrony. Tuto morfologii lze popravit sušením suspenze těchto nano-krystalů v rozprašovací sušárně. Průměr dutých koulí je optimálně 1 až 50 pm.
Při použití kompaktních agregátů nebo aglomerátů aktivního materiálu, vzniklých například nadrcením suchého materiálu, musí být velikost těchto útvarů menší než 30 pm, s výhodou pak menší než 5 pm.
Použití kovového lithia pro materiál druhé elektrody silně redukuje váhu a rozměry lithioveho článku a v popsané konstrukci zároveň zvyšuje jeho bezpečnost oproti článkům obsahujícím například grafit. K tomu účelu je výhodně použita dendritická forma lithia v kombinaci se separátorem podle vynálezu, který nepropustí dendrity lithia a ty lze naopak použít jako zápornou elektrodu. Obě morfologie separátoru společně s jeho mnohonásobně vyšší tloušťkou, typicky 0,1 až 10 mm, umožňují použití kovového lithia pro zápornou elektrodu a tím rozšířit napětí a kapacitu litinového akumulátorového článku až k teoretickým možnostem.
Velikost dendritů a jejich povrchu lze ovlivnit složením elektrolytu, či přídavkem látek například stabilních fosfátů k elektrolytu.
Separátor lze do akumulátorového článku zabudovat ve formě prášku nalisovaného přímo na elektrodu nebo jako prášku předem slisovaného do kompaktní vrstvy, případní tepelně upravené, například ve tvant tabletky, která se M „a elektrodu. Tloušťka sepatátoru se pohybuje od několika desítek pm do několika milimetrů,
Kovový plášť prostorové konstrukce umožňuje snadné chlazení nebo ohřev akumulátoru.
Tloušťka a kapacita jednotlivých komponent lithioveho akumulátorového článku podle vynálezu je nejméně 5r vyšší a běžně až o dva řády vyšší, než používané tloušťky elektrod a separátoru v litinových článcích s plošným uspořádáním a při stejných rozměrech lze docílit stejnou kapacitu s až 5x vyšším napětím, než má olověný akumulátor.
Při použití záporné lithiové elektrody místo běžně používané grafitové elektrody lze docílit vyššího potenciálového rozdílu při nabíjení akumulátorového článku.
Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod podle vynálezu lze nabít a vybít v rozmezí I a 24 hodin a 50 % kapacity článku lze typicky vybít v čase kratším než 2 hodiny. Lithiový akumulátor lze pH zachování 80 ·/. kapacity nabít a vybít až IOOx a vícekrát. Použití kovového lithia v jeho dendritické formé výrazně zvyšuje dosažitelné proudové hustoty.
Použiti dendritické formy lithia pro elektrodu v kombinaci s vrstvou porézního separátoru podle vynálezu zajišťuje vysokou bezpečnost akumulátorového článku proti elektrickému zkratu.
Při výrobě akumulátorového článku se aktivní materiál homogenně smíchá s vysoce elektronové vodivou složkou, například vodivým uhlíkem. Podíl aktivního materiálu k vodivému uhlíku je rozdílný pro jednotlivé chemické kompozice a směs obvykle obsahuje 85 až 40 % hmot aktivního materiálu. Nej běžněji pódii uhlíku činí 25 až 40 % hmot. Tato smés neobsahuje žádná organická pojivá jako je PVDF (polyvinyliden fluorid) apod.
Při výrobě článků větších rozměrů tj. větších bloků elektrod, lze pro odvod vyšších proudových hustot přidat ke směsi sběrně proudu, „apnklad kovový drát, piliny, vlákna nebo tnnžku, stflro a slisovat je společně v kompaktní blok elektrody mk, aby byly vzájemně elektneky propojeny spolem elektrody. Jako pól této elektrody napojený „a obvodový drát obvykle slouží její plášť, vyrobený z hliníku nebo jiného vodivého materiálu. Pro tento sběrač elektnckeho proudu lze s výhodou použít hliník, měď, stříbro, titan, datOi platinUj juty vodivý kov stabilní v použitém potenciálovém rozpětí. S výhodou lze též použít uhlíková vlákna. Směs se slisuje pod tlakem s případným příklepem do vrstvy silné až několik centimetrů, orozita takto připravené elektrody je v rozmezí 25 až 80 %, typicky 30 až 50 %.
Popsaným způsobem lze akumulátorový článek podle vynálezu vyrobit velmi jednoduše hsovamm jednotlivých komponent ve forotě prásku nebo neuspořádaných nepletených vláken Tento způsob přípravy zároveů 2anič„je vynikající odolnost vůči otřesům a vibracím, kterým mohou být akumulátory při jejich provozu vystaveny.
Lithiovou akumulátor s vyšší kapacitou lze vytvořit lisovfafa elektrod a separátorů opakovaně na sebe a propojením vývodů elektrod tj. opakování motivu prostorového bloku pozitivní elektrody oddělené vmtvou separátont od lithia nebo od prostorového bloku negativní elektrody a paralelním propojením elektrod.
Výroba lithiového akumuláton. lisováním jednotlivých komponent z prášků je proto velmi jednoduchá a levná.
Přehled obrázků na výkrese
Obrázek 1 ukazuje voltamogranty znázortujícimi charakteristický potenciál aktivních materiálů UT.sOu (LTS), LiMniO, (LMS) a Li Μη, 5ΝίοΛ (LNMS) proti kovovému lithiu.
Obrázek 2 ukazuje optimální morfologii práškové smést aktivního materiálu a vodivého uhlíku pro prostorovou elektrodu:
A) Mikrograf směsi pořízený skenovacím elektronovým mikroskopem, B) Schematický nákres struktury prášku.
Obrázek 3 ukazuje schéma jedné z možnost, uspořádám lithiového akumulátorového článku popsaného v tomto vynálezu.
Obrázek 4 je graf znázortujíci charakteristiku vybíjecího cyklu Li/LTS článku (1 5 V) při konstantním napětí 3 V. Síla LTS elektrody byla 4 mm.
Obrazek 5 jí graf znázorňující proudovou charaktcnstiku Li/ LTS článku (1,5 V) při nabíjeni a vybíjení článku popsaného v příkladu 2.
Obrazek 6 je graf znázorňující napěťovou charakteristiku Li/ LTS článku (1,5 V) při nabíjení a vybíjení článku popsaného v příkladu 2.
Obrázek 7 je graf znázorňující proudovou charakteristiku LTS/ LNMS článku (3 V) při nabíjeni a vybíjení článku popsaného v příkladu 3.
Obrázek 8 ukazuje snímek elektronového mikroskopu nano-částic aktivního materiálu LÍMnA (LMS) použitého v příkladu 4.
Obrázek 9 je graf znázorňující proudovou charakteristiku Li/ LMS článku (4,3 V) při nabíjeni a vybíjení článku popsaného v příkladu 4.
Příklady provedení vynálezu
PHkl PHklady ^0^1, V “d”™ Presentovaný vynález.
Způsob přípravy kompletního lithiového akumulátoru - článku - s prostorovým typem elektrod.
Prášek aktivního materiálu 4 smíchaný homogenně s vodivým uhlíkem nebo jinou elektronové vodivou složkou 3, se slisuje pod tlakem do vrstvy typicky o sile 0,5 až 50 mm. Na vzmkiou kladnou elektrodu 1 se nasype separátor 5 ve své práškové podobí a následné se slisuje do vrstvy, oddělující obě elektrody U Separátor 5 lze použít i ve fomré předem slisované vrstvy, eventuálně tepelně zpracované. Na separátor 5 se lisováním stlačí kovové lithium nebo prášková směs záporné elektrody 2_prostorového typu stejně trojrozměrně uspořádané jako kladna elektroda 1 a akumulátorový článek se naplní elektrolytem a uzavře elektricky vodivou zátkou 7, například z mědi. Tato zátka 7 slouží obvykle jako druhý pól akumulátorového článku. Záporná elektroda 2 je od elektricky kladně nabitého pláště 6 oddělena izolační vložkou 8 a Zátka 7 záporně nabitého poluje od pláště 6 oddělena těsnicí vložkou 9, která současně zajišťuje hermetické uzavření pláště 6. Schéma tohoto uvedeného článku je na obrázku 3.
Popsaný akumulátorový článek lze kompletně nabit a vybít během několika hodin. Typicky lze plnou kapacitu článku opakovaně nabít a vybít během 3 až 24 hodin. Nejčastčji je 50% kapacity tohoto článku reprodukovatelně a opakovatelně nabito/vybito do dvou hodin a cyklovatelnost tohoto typu lithiového akumulátoru přesahuje 100 cyklů nabití a vybití. Lithiová elektroda umožňuje docílit vyšší potenciálový rozdíl při nabíjení akumulátorového článku ve srovnání s grafitovou elektrodou.
Směs 65% hmot. nano-LTS (nano-částice LuThO,,, s morfologií dutých kouli aktivního matenálu 4 a 35 % hmot vysoce vodivého uhlíku- elektronově vodivé složky 3 byla stlačena v hliníkovém plášti 6 do tablety-elektrody Lstejné jako ve schématu m ohrálku I. Ziskana elektroda I měla výšku 4 mm a celkovou porositu 40%. Průměrná velikost částic aktivního materiálu 4 byla 50 nm a schopnost částic absorbovat a vylučovat lithiové ionty pH kompletním nabíjení a vybíjení byla pod 1 minutu. Jako separator 5 byl použit vysoce porézní konmd. Prášek porézního korundu byl nalisován přímo na LTS elektrodu I. Slisovaný separator 5 měl porózitu 85 % a tloušťku 2 mm. Lithiový plech byl použit jako záporná elektroda 2 a byl stlačen měděnou zátkou 7 na separátor 5 v prostoru elektricky odděleném od pláště 6 akumulátorového článku korundovou izolační vložkou 8 a plastovou těsnicí vložkou 9. Po dokonalém nasáknutí celého akumulátorového článku elektrolytem IM LiPF6 vEC-DMC (1 mol LiPF. v etylen karbonát - dimethyl karbonátu) přes noc, byl akumulátorový článek uzavřen a následně několikrát cyklován, aby se vytvořily dendrity lithia a zvětšil se tak aktivní povrch záporné elektrody 2. Po dosažení plné kapacity akumulátorového článku v pomalejším nabíjecím cyklu byl akumulátorový článek kontrolované vybit při potenciálovém spádu 1.5 V (3 V proti LÍ/L1+ - tj. s pozitivní elektrodou Li+). Charakteristika vybíjecího cyklu je znázorněna na Obrázku 4. Reverzibilnl kapacita tohoto akumulátorového článku činila téměř 100 mAh na 1 cm . Pro dosažení plné kapacity bylo zapotřebí 7 hodin. Při nabití a vybití 50 % kapacity akumulátorového článku postačovalo méně než dvou hodin. Nabíjení se během cyklování zlepšovalo pravděpodobně s obohacováním koncentrace lithia v elektrolytu uvnitř slisované LTS elektrody 1 a nárůstem Li dendritů na Li elektrodě 2. Vybíjecí cyklus se pravidelně zpomaloval pn dosažení zhruba 80% teoretické kapacity akumulátorového článku pravděpodobně díky nárůstu odporu při vzniku nevodivé fáze delithiováného LTS.
Příklad 2
Akumulátorový článek sestavený ze slisovaného dendritického lithia jako záporné elektrody a z 2,5 mm silné kladné elektrody slisované směsi aktivního materiálu LTS S elektronově vodivou složkou-vodivým uhlíkem, uvedené v příkladu 1, se separator™ o tloušťce vrstvy pod jeden milimetr z anorganických vláken ZrO, s porózitou 70 %, byl cyklován pětkrát až k dosažen,· plné kapacity nabíjecího cyklu. Teoretická kapacita akumulátorového člunku byla 12 mAh. Následně byly změřeny proudové a napěťové charakteristiky akumulátorového článku při dalších cyklech. Obrázek 5 ukazuje proudovou charakteristiku, při kontrolovaném nabíjení a vybíjení s přepětím IV proti formálnímu potenciálu LVLTS článku 1.3 V. Po dvaceti tisících sekundách (5,5 hodiny) je reverz.bilní proces v obou směrech prakticky ukončen. Obrázek 6 ukazuje stabilní napěťový průběh obou cyklu až do přibližně 80 procent teoretické kapacity elektrody při konstantním nabíjecím a vybíjecím proudu 2 mA.
Příklad 3
Akumulátorový článek byl sestaven ze záporné elektrody tvořené slisovanou směsi 30 % hmot, elektronově vodivého uhlíku a 70 % hmot. nano-LTS s původní morfologií dutých koulí a průměrnou velikostí LTS částic 50 nm jako aktivního materiálu, a kladné elektrody tvořené slisovanou vrstvou směsi aglomeráti LNMS menších než 5 mikrometrů tvořenými částicemi o průměrné velikosti lOOnm - jako aktivního materiálu, s obsahem 30% hmot, elektronově vodivého uhlíku, slisované společně s hliníkovým drátem jako sběračem proudu. Byl použit 30 % ní přebytek LNMS aktivního materiálu a tloušťka kladné elektrody byla 4 mm. Elektrody byly odděleny sepatátorem ze slisovaného porézního korundu sporózitou 80% a tloušťkou vrstvy 0,5 mm. Akumulátorový článek byl naplněn elektrolytem IM LiPFs + EC/DME a testován mezi 2 a 3,5 V. Obrázek 7 ukazuje proudovou charakteristiku cyklu. Akumulátorový článek byl ftakčni, avšak z disproporce anodické a katodické větve na obrázku je zjevné, že akumulátorový článek operoval na hranici stability elektrolytu a pro cyklickou stabilitu je nutné použít elektrolyt nedegradující v potenciálovém okně minimálně do 4,8 V.
Příklad 4
Směs 70% hmot, aktivního materiálu - nano-LMS s distribucí agregátů pod 30 pm, zobrazeného na fotografii SEM (skenovaciho elektronového mikroskopu) na obrázku 8 a 30 % hmot, vysoce vodivého uhlíku byla stlačena do tablety - elektrody 1 v plášti 6 akumulátorového článku stejného jako ve schématu na obrázku 1. Získaná elektroda 1 měla výšku přes I mm kapacitu 7 mAh a celkovou porózitu okolo 35 %. Jako separátor 5 byla použita tableta z vysoce’ porézního korundu, nalisovaná přímo na LMS elektrodu 1 o síle 1,5 mm a porózitě 75 %. Jako Záporná elektroda 2 byla použita kombinace stlačené houby kovového dendritického lithia s lithíovým plechem navrchu. Zálka 7 akumulátorového článku na straně kovového lithia, sloužící zároveň jako záporný pól byla z mědi. Obrázek 9 ukazuje proudovou charakteristiku reverzibilniho nabíjení a vybíjení 40 procent kapacity Li/LMS akumulátorového článku. Pro reverztbtlní nabití a vybiti 40 procent kapacity akumulátorového článku bylo potřeba méně než tří hodin při testování akumulátorového článku mezi potenciály 3,9 a 4,4 5 V.
Průmyslová využitelnost
Prostorová konstrukce opakovaně nabíjiteiného litinového akumulátoru v kombinaci s kovovým lithiem jako zápornou elektrodou podle vynálezu je využitelná pro zjednodušeni výroby litinových akumulátorů, navýšení jejich kapacity, snížení rozměrů, váhy a ceny a zlepšení jejich bezpečnosti. Tento typ akumulátorů je vhodný pro náhradu dnešních olověných akumulátorů za systém s vyšším napětím, zejména v automobilovém průmyslu, pro ruční elektrické nářadí a přenosné elektrické a elektronické přístroje a zařízeni, ale například i zvyšuje kapacitu knoflíkových lithlových akumulátorových článků.
II
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (25)

PATENTOVÉ NÁROKY
1. Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod obsahující nejméně jeden článek tvořený dvěma elektrodami oddělenými separátorem, který je společně s elektrolytem, tvořeným nevodným roztokem lithiové soli v organickém polárním rozpouštědle, uzavřen v plášti, vyznačující se tím, že článek je tvořen dvěma elektrodami (1,2), každé o tlouštce minimálně 0,5 mm, z nichž minimálně jedna je tvořena prostorově rozloženou elektronově vodivou složkou (3), prostou organických pojiv, s níž je homogenně smíchán a slisován aktivní materiál (4) prostý organických pojiv, mající schopnost absorbovat a vylučovat lithium v přítomnosti elektrolytu, porosita slisované elektrody je 25 až 90%, aktivní materiál (4) má morfologii dutých koulí se silou stěny koule do 10 pm, nebo morfologii agregátů nebo aglomerátů s velikostí do 30 pm, elektrody (1,2) jsou odděleny separátorem (5), prostým organických pojiv, který je tvořen slisovanou vysoce porézní elektricky nevodivou keramickou hmotou s otevřenými póry a porózitou 30 až 95 %.
2. Lithiový akumulátor podle nároku 1 vyznačující se tím, že elektronově vodivá složka (3) je vybrána ze skupiny tvořené vodivým uhlíkem a jeho modifikacemi, vodivými kovy a elektricky vodivými oxidy.
3. Lithiový akumulátor podle nároku 1 a 2 vyznačující se tím že aktivní materiál (4) je vybrán ze skupiny směsných oxidů nebo fosfátů lithia, manganu, chrómu, vanadu, titanu, kobaltu, hliníku, niklu, železa, lanthanu, niobu, boru, ytria a zirkonia.
4. Lithiový akumulátor podle nároku 1 a 3 vyznačující se tím, že částice aktivního materiálu (4) mají v rámci použitelné kapacity schopnost kompletně absorbovat a vylučovat lithiové ionty v časovém intervalu do 20 minut.
5- Lithiový akumulátor podle nároku 1 a 4 vyznačující se tím, že jako aktivní materiál (4) jsou použity nanočástice dopovaných nebo nedopovaných spinelů lithium-mangan oxidu nebo lithium titan oxidu s velikostí částic do 250 nm.
6- Lithiový akumulátor podle nároku 1 až 5 vyznačující se tím, že hmotnostní obsah aktivního materiálu (4) v elektrodě je 40 až 85 % hmot.
7. Lithiový akumulátor podle nároku 1 až 6, vyznačující se tím, že elektroda obsahuje sběrač proudu ve formě vodivé síťky, mřížky, drátu, vláken nebo pilin.
8. Lithiový akumulátor podle nároku 7 vyznačující se tím, že sběrač proudu je vybrán ze skupiny hliníku, mědi, stříbra, titanu, křemíku, platiny, uhlíku nebo materiálu stabilního v potenciálovém okně konkrétního článku.
9. Lithiový akumulátor podle nároku I až 8 vyznačující se tím, že prostorový typ elektrody (1,2) je tvořen slisovanou homogenní směsí aktivního materiálu (4), elektronově vodivé složky (3) a sběrače proudu.
10. Lithiový akumulátor podle nároku 1 až 9, vyznačující se tím, že separator (5) je tvořen slisovaným vysoce porézním práškovým keramickým materiálem na bázi A12O3 nebo ZrO2.
11. Lithiový akumulátor podle nároků 10 vyznačující se tím, že separator (5) má nesměrovou morfologii pyrolyzovaného produktu nebo nepletených vláken z keramiky nebo skla.
12. Lithiový akumulátor 10 až 11, vyznačující se tím, že separator (5) je vytvořen slisováním práškového materiálu s případnou následující tepelnou úpravou, pyrolyzovaného produktu nebo nepletených vláken.
13. Lithiový akumulátor podle nároku 10 až 12, vyznačující se tím, že separator (5) má tloušťku 0,1 mm až 10 mm.
14. Lithiový akumulátor podle nároku I až 13, vyznačující se tím, že druhá elektroda je tvořena kovovým lithiem.
15. Lithiový akumulátor podle nároku 14, vyznačující se tím, že kovové lithium je v podobě lithiového plechu nebo fólie.
16. Lithiový akumulátor podle nároku 14, vyznačující se tím, že kovové lithium je v podobě kombinace slisovaného lithiového plechu nebo fólie adendritů.
17. Lithiový akumulátor podle nároku 14, vyznačující se tím, že kovové lithium je ve své dendritické formě.
18. Lithiový akumulátor podle nároku 16 a 17, vyznačující se tím, že dendritická forma lithia je vytvořena „tn sítu“ z lithiové fólie nebo plechu cyklováním lithiového akumulátoru.
19. Lithiový akumulátor podle nároku 1 až 18, vyznačující se tím, že lithiová sůl elektrolytu je vybrána ze skupiny LiPF(, UPF^, LiPF4(CF4SO2)2, LiPF4(C2Fs)2 UPF^FsSOjh, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiCF3SO3, LiC(CF3SO2),, líbf4, LiBF2(CF3)2, LiBF2(C2F5)2, LiBF2(CF3SO2)2, LiBFzíQFjSOíh) a LiClO,.
20. Lithiový akumulátor podle nároku 19, vyznačující se tím, že elektrolyt dále obsahuje modifikačni ůnidla zlepšujíc, chod akumulátoru při vysoké teplotě anebo odstraňující rozkladné produkty, a /nebo chránící proti přebíjení a/nebo látky ovlivňující velikost dendritů kovového lithia.
21. Způsob vytvořeni lithiového akumulátoru podle nároku 1 až 20 vyznačujíc! se tím že « postupně na sebe lisují vrstva jedné elektrody (1), separátoru (S) a drahé elektrody 0) pláft se naplní elektrolytem a uzavře a souhlasné vývody elektrod se propojí.
22. Způsob vytvoření lithiového akumulátoru podle nároku 21, vyznačující se tím, že se postupně na sebe jednotlivé vrstvy lisují s poklepem.
23. Způsob vytvoření lithiového akumulátoru podle nároku 1 až 20, vyznačující se tím, že se na sebe střídavě vkládají slisované vrstvy jedné elektrody (I), separátoru (5) a druhé elektrody (2), plášť se naplní elektrolytem a uzavře a souhlasné vývody elektrod se propojí.
24. Použití lithiového akumulátoru podle nároků 10 nm 1 1 1 ldruKU w az 20 pro vysokokapacitní akumulátorové knoflíkové baterie.
25. Použiti lithiového akumulátoru podle nároků 10 až 20 pro vysokonapěťové akumulátory v automobilovém průmyslu, pra rační elektrické nářadí a přenosné elektrické a elektronické přístroje a zařízení.
CZ20080572A 2008-09-19 2008-09-19 Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby CZ301387B6 (cs)

Priority Applications (24)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20080572A CZ301387B6 (cs) 2008-09-19 2008-09-19 Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby
AU2009295014A AU2009295014B2 (en) 2008-09-19 2009-09-18 Lithium accumulator and the method of producing thereof
CN200980136838.0A CN102165628B (zh) 2008-09-19 2009-09-18 锂蓄电池及其制备方法
EP09775827.0A EP2371019B1 (en) 2008-09-19 2009-09-18 Lithium accumulator and the method of producing thereof
KR1020117005688A KR101679437B1 (ko) 2008-09-19 2009-09-18 리튬 축전지 및 그 제조 방법
ES09775827T ES2718640T3 (es) 2008-09-19 2009-09-18 Acumulador de litio y método de producción del mismo
JP2011527199A JP6085085B2 (ja) 2008-09-19 2009-09-18 リチウム蓄電池及びその製造方法
PT09775827T PT2371019T (pt) 2008-09-19 2009-09-18 Acumulador de lítio e método de produção do mesmo
US12/998,090 US9437855B2 (en) 2008-09-19 2009-09-18 Lithium accumulator and the method of producing thereof
TR2019/04598T TR201904598T4 (tr) 2008-09-19 2009-09-18 Lityum akü ve bunun üretim yöntemi.
SI200931932T SI2371019T1 (sl) 2008-09-19 2009-09-18 Litijev akumulator in metoda za proizvodnjo le-tega
LTEP09775827.0T LT2371019T (lt) 2008-09-19 2009-09-18 Ličio akumuliatorius ir jo gavimo būdas
PCT/CZ2009/000112 WO2010031363A1 (en) 2008-09-19 2009-09-18 Lithium accumulator and the method of producing thereof
MX2011002942A MX2011002942A (es) 2008-09-19 2009-09-18 Acumulador de litio y metodo de produccion del mismo.
PL09775827T PL2371019T3 (pl) 2008-09-19 2009-09-18 Akumulator litowy i sposób jego wytwarzania
BRPI0918029-0A BRPI0918029B1 (pt) 2008-09-19 2009-09-18 Acumulador de lítio, e, método para produzir acumulador de lítio
RU2011114553/07A RU2519935C2 (ru) 2008-09-19 2009-09-18 Литиевый аккумулятор и способ его изготовления
DK09775827.0T DK2371019T3 (en) 2008-09-19 2009-09-18 LITHIUM ACCUMULATOR AND METHOD OF PREPARING THEREOF
CA2736144A CA2736144C (en) 2008-09-19 2009-09-18 Lithium accumulator and method of producing thereof
HUE09775827A HUE041758T2 (hu) 2008-09-19 2009-09-18 Lítium akkumulátor és eljárás annak elõállítására
ZA2011/02660A ZA201102660B (en) 2008-09-19 2011-04-11 Lithium accumulator and the method of producing thereof
US15/210,479 US10581083B2 (en) 2008-09-19 2016-07-14 Lithium accumulator and the method of producing thereof
HRP20190313TT HRP20190313T1 (hr) 2008-09-19 2019-02-18 Litijski akumulator i postupak proizvodnje istog
CY20191100333T CY1121439T1 (el) 2008-09-19 2019-03-21 Συσσωρευτης λιθιου και η μεθοδος παραγωγης αυτου

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20080572A CZ301387B6 (cs) 2008-09-19 2008-09-19 Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2008572A3 true CZ2008572A3 (cs) 2010-02-10
CZ301387B6 CZ301387B6 (cs) 2010-02-10

Family

ID=67953942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20080572A CZ301387B6 (cs) 2008-09-19 2008-09-19 Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby

Country Status (23)

Country Link
US (2) US9437855B2 (cs)
EP (1) EP2371019B1 (cs)
JP (1) JP6085085B2 (cs)
KR (1) KR101679437B1 (cs)
CN (1) CN102165628B (cs)
AU (1) AU2009295014B2 (cs)
BR (1) BRPI0918029B1 (cs)
CA (1) CA2736144C (cs)
CY (1) CY1121439T1 (cs)
CZ (1) CZ301387B6 (cs)
DK (1) DK2371019T3 (cs)
ES (1) ES2718640T3 (cs)
HR (1) HRP20190313T1 (cs)
HU (1) HUE041758T2 (cs)
LT (1) LT2371019T (cs)
MX (1) MX2011002942A (cs)
PL (1) PL2371019T3 (cs)
PT (1) PT2371019T (cs)
RU (1) RU2519935C2 (cs)
SI (1) SI2371019T1 (cs)
TR (1) TR201904598T4 (cs)
WO (1) WO2010031363A1 (cs)
ZA (1) ZA201102660B (cs)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010011414A1 (de) * 2010-03-15 2011-09-15 Li-Tec Battery Gmbh Lithiumionenzelle mit intrinsischem Schutz gegen thermisches Durchgehen
CZ2010703A3 (cs) 2010-09-23 2012-04-04 He3Da S.R.O. Lithiový akumulátor
CZ2011405A3 (cs) 2011-07-01 2013-01-09 He3Da S.R.O. Lithiový akumulátor
EP2811570B1 (en) * 2012-04-17 2016-09-14 LG Chem, Ltd. Lithium secondary battery exhibiting excellent performance
CA2876494C (en) * 2012-06-21 2021-09-21 Molecular Rebar Design, Llc Binders, electrolytes and separator films for energy storage and collection devices using discrete carbon nanotubes
US20140099547A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-10 Ut-Battelle, Llc Surface modifications for electrode compositions and their methods of making
KR101534643B1 (ko) 2012-11-19 2015-07-07 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 분리막 및 그의 제조방법
US10044038B2 (en) 2013-09-03 2018-08-07 Ut-Battelle, Llc Nitride- and oxide-modified electrode compositions and their methods of making
JP6048396B2 (ja) * 2013-12-26 2016-12-21 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
DE102014203130A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Robert Bosch Gmbh Zuschaltbares Batteriemodul
US11223042B2 (en) 2014-03-31 2022-01-11 Tronox Llc Lithium-intercalated titanium dioxide, lithium titanate particles made therefrom, and related methods
JP6090272B2 (ja) * 2014-09-16 2017-03-08 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
RU2579747C1 (ru) * 2015-01-21 2016-04-10 Александр Сергеевич Логинов Способ изготовления литий-ионного аккумулятора
CN112542655B (zh) * 2015-05-08 2023-09-08 赛尔格有限责任公司 被改进的、被涂层的或被处理的微孔电池隔板、可再充电锂电池、系统
EP3096373A1 (en) 2015-05-20 2016-11-23 Jaroslav Polivka Liquid electrolyte lithium accumulator and a method of making the same
CZ306913B6 (cs) 2016-09-15 2017-09-06 Jaroslav PolĂ­vka Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností
CN106169617A (zh) * 2016-09-30 2016-11-30 上海空间电源研究所 一种空间用安全高功率锂离子蓄电池
FR3058167B1 (fr) * 2016-10-28 2019-11-22 Arkema France Nouveau procede de fabrication de materiaux hautement carbones et materiau hautement carbone obtenu
KR102112207B1 (ko) * 2017-01-26 2020-05-19 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 비수전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP6939307B2 (ja) * 2017-09-19 2021-09-22 トヨタ自動車株式会社 水系リチウムイオン二次電池、負極活物質複合体の製造方法及び水系リチウムイオン二次電池の製造方法
CZ2017656A3 (cs) 2017-10-13 2019-04-24 EXIMPO, akciová společnost Bezpečný vysokokapacitní lithiový akumulátor a způsob bezpečného provozu lithiového akumulátoru
CZ309338B6 (cs) 2017-12-29 2022-09-07 ŠKODA AUTO a.s. Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující pevné amorfní skelné materiály a nano/mikro materiály
CN110233236A (zh) * 2018-03-06 2019-09-13 姚莹芳 一种具有离子动态平衡电极的电池
FR3080957B1 (fr) * 2018-05-07 2020-07-10 I-Ten Electrodes mesoporeuses pour dispositifs electrochimiques en couches minces
US11374268B2 (en) * 2019-09-20 2022-06-28 GM Global Technology Operations LLC Thin-film reference electrodes, electrochemical devices including thin-film reference electrodes, and methods of making thin-film reference electrodes
US20240113394A1 (en) * 2019-10-25 2024-04-04 Grinergy Co.Ltd. Lithium metal anode structure, electrochemical device comprising same, and method for manufacturing lithium metal anode structure
CN112786969B (zh) * 2019-11-08 2023-08-29 辉能科技股份有限公司 锂电池结构及其极层结构

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2156800C (en) * 1995-08-23 2003-04-29 Huanyu Mao Polymerizable aromatic additives for overcharge protection in non-aqueous rechargeable lithium batteries
JPH09213307A (ja) * 1995-11-30 1997-08-15 Elna Co Ltd 非水電解液系二次電池
US5795680A (en) * 1995-11-30 1998-08-18 Asahi Glass Company Ltd. Non-aqueous electrolyte type secondary battery
US6270926B1 (en) * 1996-07-16 2001-08-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. Lithium secondary battery
JP3619000B2 (ja) * 1997-01-28 2005-02-09 キヤノン株式会社 電極構造体、二次電池及びそれらの製造方法
JP2000090922A (ja) * 1998-09-09 2000-03-31 Sumitomo Metal Ind Ltd リチウム二次電池とその負極材料及び該材料の製造方法
US6197450B1 (en) 1998-10-22 2001-03-06 Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. Micro electrochemical energy storage cells
US6136287A (en) * 1998-11-09 2000-10-24 Nanogram Corporation Lithium manganese oxides and batteries
US6432586B1 (en) * 2000-04-10 2002-08-13 Celgard Inc. Separator for a high energy rechargeable lithium battery
US6818347B1 (en) * 2000-06-21 2004-11-16 University Of California Performance enhancing additives for electrochemical cells
CA2320661A1 (fr) 2000-09-26 2002-03-26 Hydro-Quebec Nouveau procede de synthese de materiaux limpo4 a structure olivine
EP1244168A1 (en) 2001-03-20 2002-09-25 Francois Sugnaux Mesoporous network electrode for electrochemical cell
JP3733404B2 (ja) * 2001-05-22 2006-01-11 富士重工業株式会社 リチウム二次電池用正極およびリチウム二次電池
DE60202373T2 (de) * 2001-07-20 2005-12-08 Altair Nanomaterials Inc., Reno Verfahren zur herstellung von lithiumtitanat
EP1394874B1 (en) * 2002-05-08 2006-08-23 Nissan Motor Co., Ltd. Secondary cell module and method of its production
DE10238943B4 (de) * 2002-08-24 2013-01-03 Evonik Degussa Gmbh Separator-Elektroden-Einheit für Lithium-Ionen-Batterien, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung in Lithium-Batterien sowie eine Batterie, aufweisend die Separator-Elektroden-Einheit
RU2304324C2 (ru) * 2002-11-29 2007-08-10 Мицуи Майнинг Энд Смелтинг Ко., Лтд. Отрицательный электрод для неводной вторичной батареи, способ изготовления отрицательного электрода и неводная вторичная батарея
US20070065728A1 (en) * 2003-03-20 2007-03-22 Zhengcheng Zhang Battery having electrolyte with mixed solvent
RU2249885C2 (ru) * 2003-04-17 2005-04-10 ООО Инженерная фирма "Орион ХИТ" СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА АККУМУЛЯТОРА СИСТЕМЫ Li/SO2
KR100573109B1 (ko) * 2003-06-17 2006-04-24 삼성에스디아이 주식회사 유기 전해액 및 이를 채용한 리튬 전지
JP4570888B2 (ja) * 2004-03-18 2010-10-27 富士重工業株式会社 蓄電体装置
GB2412484B (en) 2004-07-27 2006-03-22 Intellikraft Ltd Improvements relating to electrode structures in batteries
US7829242B2 (en) * 2004-10-21 2010-11-09 Evonik Degussa Gmbh Inorganic separator-electrode-unit for lithium-ion batteries, method for the production thereof and use thereof in lithium batteries
US20080006604A1 (en) * 2005-04-07 2008-01-10 Keady John P Devices and methods for using electrofluid and colloidal technology
US20070009787A1 (en) 2005-05-12 2007-01-11 Straubel Jeffrey B Method and apparatus for mounting, cooling, connecting and protecting batteries
KR100686816B1 (ko) * 2005-07-22 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR100686848B1 (ko) * 2005-10-11 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
US20070092798A1 (en) 2005-10-21 2007-04-26 Spitler Timothy M Lithium ion batteries
US7722991B2 (en) * 2006-08-09 2010-05-25 Toyota Motor Corporation High performance anode material for lithium-ion battery
EP2156504A1 (en) * 2007-05-25 2010-02-24 Massachusetts Institute of Technology Batteries and electrodes for use thereof
US7820321B2 (en) 2008-07-07 2010-10-26 Enervault Corporation Redox flow battery system for distributed energy storage
DE102008034867A1 (de) 2008-07-26 2010-01-28 Daimler Ag Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie
WO2010028692A1 (en) 2008-09-12 2010-03-18 Abb Research Ltd Fluid cooling system, battery storage and method
EP2273162B1 (de) 2009-07-06 2019-01-09 Carl Freudenberg KG Dichtungsrahmen zur Verwendung in einer Batterie

Also Published As

Publication number Publication date
US20110165457A1 (en) 2011-07-07
PL2371019T3 (pl) 2019-08-30
US20160322643A1 (en) 2016-11-03
EP2371019B1 (en) 2019-01-02
CY1121439T1 (el) 2020-05-29
ES2718640T3 (es) 2019-07-03
RU2519935C2 (ru) 2014-06-20
CN102165628B (zh) 2014-01-29
CZ301387B6 (cs) 2010-02-10
HRP20190313T1 (hr) 2019-04-05
BRPI0918029B1 (pt) 2019-04-30
KR101679437B1 (ko) 2016-11-24
RU2011114553A (ru) 2012-10-27
CA2736144A1 (en) 2010-03-25
EP2371019A1 (en) 2011-10-05
HUE041758T2 (hu) 2019-05-28
BRPI0918029A2 (pt) 2015-12-01
SI2371019T1 (sl) 2019-03-29
TR201904598T4 (tr) 2019-05-21
JP2012503278A (ja) 2012-02-02
PT2371019T (pt) 2019-04-24
US10581083B2 (en) 2020-03-03
AU2009295014B2 (en) 2016-03-24
AU2009295014A1 (en) 2010-03-25
KR20110069002A (ko) 2011-06-22
US9437855B2 (en) 2016-09-06
MX2011002942A (es) 2011-06-16
LT2371019T (lt) 2019-03-12
DK2371019T3 (en) 2019-04-15
CA2736144C (en) 2017-01-17
CN102165628A (zh) 2011-08-24
WO2010031363A1 (en) 2010-03-25
JP6085085B2 (ja) 2017-02-22
ZA201102660B (en) 2011-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10581083B2 (en) Lithium accumulator and the method of producing thereof
JP2023011777A (ja) 固体電解質物質を含むイオン伝導性バッテリー
KR101246627B1 (ko) 실리콘 또는 실리콘-기재 물질로 이루어진 구조화된 입자의 제조 방법 및 리튬 재충전용 배터리에서의 그의 용도
RU2436201C2 (ru) Анодный активный материал ядерно-оболочечного типа для литиевых вторичных батарей, способ приготовления этого материала и литиевые вторичные батареи, содержащие этот материал
KR101862665B1 (ko) 펄스 전류 소결 방식에 의한 고체 상태의 배터리 제조 방법
JP2012503278A5 (cs)
US20210257656A1 (en) Lithium phosphate coating for lithium lanthanum zirconium oxide solid-state electrolyte powders
RU2594010C2 (ru) Литиевый аккумулятор
JP2015502626A5 (cs)
JP7233389B2 (ja) 多孔質シリコン粒子の製造方法、蓄電デバイス用電極の製造方法、全固体リチウムイオン二次電池の製造方法、多孔質シリコン粒子、蓄電デバイス用電極及び全固体リチウムイオン二次電池
JP7421985B2 (ja) 全固体二次電池およびその製造方法
EP4358184A1 (en) Composite active material, electrode material, battery, and method for manufacturing composite active material
JP2010135129A (ja) 電解質及びそれを用いた二次電池
CN117730431A (zh) 负极材料、负极和电池以及它们的制造方法
Fehse et al. 6 Electrospinning for the Development of Improved Lithium-Ion Battery Materials